TBM盤形滾刀簡介
硬巖TBM的盤形滾刀有三種類型，它們是邊刀(gage cutter)、面刀(face cutter)和中心雙刃滾刀(double disk or center cutter)。以美國ROBBINS公司所生產(chǎn)的TBM為例，滾刀的尺寸一般分19英寸(483 mm)和17英寸(432 mm)兩種，直徑較大(一般大于7 m)的TBM安裝l9英寸的滾刀，直徑較小(一般小于7 in)的TBM安裝l7英寸的滾刀。這三種滾刀被科學(xué)地布置在刀盤面上，隨著刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，它們就以刀盤中心為中心被動(dòng)地進(jìn)行同心圓轉(zhuǎn)動(dòng)。這些滾刀在強(qiáng)大的推進(jìn)力和扭矩作用之下，通過擠壓將隧洞巖石切削下來，完成了隧洞的開挖工作。其中邊刀是按照不同的角度被安裝在刀盤的邊緣，負(fù)責(zé)隧洞輪廓的開挖工作，其刀刃較厚，更耐磨損。面刀是按照一定的比例被均勻地安裝在刀盤面上，負(fù)責(zé)隧洞掌子面巖石的開挖工作，其刀刃較薄，有利于切削巖石。中心雙刃刀是被安裝在刀盤的中心位置，負(fù)責(zé)掌子面中心巖石的開挖工作，其是由兩個(gè)面刀被特殊地并列安裝在同一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上而得名，例如山西省的引黃人晉水利工程和遼寧省的大伙房水利工程所使用的ROBBINS硬巖TBM上就都安裝有4個(gè)這樣的雙刃刀，這4個(gè)雙刃刀在克服轉(zhuǎn)動(dòng)半徑小、扭力巨大的不利情況之下，能有效地將掌子面中心處的巖石切削下來。
這三種不同類型的滾刀總成均是由刀圈、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、軸承和密封圈組成，是由特種鋼材制造而成，它們硬度適中，具有耐磨、抗高溫的特性。這種特種鋼材是由生產(chǎn)廠家經(jīng)過長時(shí)間大量的試驗(yàn)后制造出來的，現(xiàn)在還屬于技術(shù)壟斷狀態(tài)，目前在我國還沒有合適的替代產(chǎn)品，所以它們的價(jià)格昂貴，每一個(gè)滾刀總成折合人民幣數(shù)萬元；另外刀具屬于消耗品，其消耗量在每一條隧洞的掘進(jìn)中都非常大。所以加強(qiáng)刀具管理將有利于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。
3 TBM刀具的機(jī)械管理
硬巖隧洞掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)一段時(shí)間以后，刀具就會(huì)逐漸磨損變小或者破損，經(jīng)TBM刀具工測量、檢查確認(rèn)某些刀具不能繼續(xù)使用以后，就需要對(duì)其進(jìn)行更換，否則會(huì)影響TBM的正常掘進(jìn)。TBM刀具的磨損、破損情況有許多種形式，認(rèn)真分析每一種破損形式可以幫助刀具工正確掌握刀具的更換時(shí)間，有利于使每個(gè)刀具發(fā)揮出最大的能量，更有利于TBM的正常掘進(jìn)，對(duì)于降低生產(chǎn)成本、節(jié)約檢修更換時(shí)間，將起到積極的作用。
3．1 TBM刀具更換標(biāo)準(zhǔn)
TBM刀具更換標(biāo)準(zhǔn)沒有一個(gè)固定的值，需要刀具工根據(jù)工作實(shí)際情況來判斷是否需要更換和什么時(shí)候更換。但在一般正常磨損的情況之下，當(dāng)邊刀刀圈磨損掉10～15 mm左右、面刀和中心雙刃刀刀圈磨損掉20～25mm左右時(shí)就需要對(duì)它們進(jìn)行更換。因?yàn)榇藭r(shí)刀圈的刀刃變寬，其切削巖石的能力降低，TBM掘進(jìn)時(shí)所需要的扭距和推力就會(huì)增大，加大了TBM液壓系統(tǒng)和電機(jī)系統(tǒng)的負(fù)荷，而且切削下來的巖石也會(huì)磨損到刀盤面，會(huì)降低TBM的使用壽命。而如果在小于上述更換標(biāo)準(zhǔn)的情況之下頻繁地進(jìn)行更換，則不能發(fā)揮每一個(gè)刀圈應(yīng)有的效能，也將浪費(fèi)掉許多寶貴的時(shí)間。另外在非正常磨損的情況之下，如發(fā)生刀圈的刀刃破損嚴(yán)重、轉(zhuǎn)動(dòng)軸承壞掉、密封潤滑油泄露等等情況，刀具就需要及時(shí)進(jìn)行更換，因?yàn)檫@樣會(huì)加重相鄰刀具切削巖石的負(fù)荷，不僅影響TBM的正常掘進(jìn)，而且還會(huì)影響到與其相鄰刀具的正常使用，會(huì)造成刀具連鎖性大量破損。
3．2 TBM刀具破損情況分析及處理對(duì)策
影響TBM刀具破損的原因有許多種，在不同類型的TBM生產(chǎn)中，以及在不同圍巖類型的隧洞掘進(jìn)過程中，我們更換了大量的刀具。經(jīng)過這些實(shí)際工作以后，我們對(duì)各種情況都進(jìn)行了認(rèn)真的分析，總結(jié)以往的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)可以知道，刀具破損主要是由刀具的質(zhì)量、圍巖軟硬程度和人工操作這三種因素所造成。根據(jù)刀具的破損情況，正確分析其產(chǎn)生的原因，有利于TBM操作手正確操作，避免人為因素造成刀具破損，也有利于刀具工及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)做出正確的處理措施。TBM刀具一般有以下幾種磨損或破損情況：
(1) 刀圈均勻磨損
這種情況屬于正常磨損，只要達(dá)到了一般的磨損尺寸，即可以進(jìn)行更換。
(2) 刀圈被磨掉一側(cè)或者是被磨成多邊形
這主要是由于滾刀的軸承損壞，不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)所致，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就需要馬上進(jìn)行更換。
(3) 刀圈卷刃
主要是由于巖石較硬，TBM的掘進(jìn)推力較大所造成的。有時(shí)是因?yàn)樯a(chǎn)這批刀具的鋼材質(zhì)量較軟，也可造成刀具卷刃情況發(fā)生。當(dāng)這種情況發(fā)生以后，TBM操作手需要適當(dāng)降低掘進(jìn)推力和掘進(jìn)速度，即可大大緩解卷刃的嚴(yán)重程度。另外刀具工根據(jù)實(shí)際情況，在不影響掘進(jìn)的條件之下，可以等其磨損到一定程度再進(jìn)行更換。
(4) 刀圈打刃呈鋸齒狀
在圍巖較硬的情況之下，刀圈普遍比較容易出現(xiàn)打刃現(xiàn)象。如果刀圈鋼材的質(zhì)量較硬、發(fā)脆，在其切削巖石時(shí)也容易發(fā)生這種現(xiàn)象。當(dāng)只有一個(gè)或兩個(gè)滾刀出現(xiàn)這種情況時(shí)，一般是由于TBM操作手在某個(gè)行程的初始階段，當(dāng)滾刀與圍巖接觸時(shí)推進(jìn)速度太快、掘進(jìn)推力太大、刀具與圍巖碰撞時(shí)所造成的。不管哪種情況，在刀刃掉落不太嚴(yán)重、不影響其切削巖石的能力時(shí)，可以繼續(xù)使用，不做更換。當(dāng)?shù)度械袈浔容^嚴(yán)重時(shí)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就需要馬上進(jìn)行更換。
(5) 刀體發(fā)熱、漏油
主要是由于刀體的內(nèi)部軸承已經(jīng)損壞所致。這種情況一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就需要馬上進(jìn)行更換。
(6) 刀圈斷裂、滑脫
當(dāng)TBM滾刀的刀圈斷裂以后，刀圈就不能正常切削巖石，其很容易從轉(zhuǎn)動(dòng)軸上脫落下來，TBM的掘進(jìn)推力就會(huì)明顯增大，液壓和電機(jī)系統(tǒng)的負(fù)荷加重，正常掘進(jìn)會(huì)受到影響。這主要是由于刀圈安裝時(shí)溫度控制不好、刀圈安裝得太緊，或者是TBM初始掘進(jìn)速度太快、刀具與圍巖劇烈碰撞所致。這種情況發(fā)生以后，需要馬上對(duì)該刀具進(jìn)行更換。
(7) 刀體密封圈掉落
這種現(xiàn)象主要是由于刀具在組裝時(shí)安裝得不太到位，以及密封圈焊接不牢所致。另外，在TBM掘進(jìn)時(shí)，當(dāng)?shù)侗P轉(zhuǎn)速設(shè)置得太大時(shí)也可造成這種情況的發(fā)生。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有密封圈掉落時(shí)，刀具工可以在刀盤內(nèi)部對(duì)它們進(jìn)行補(bǔ)裝，而不需要拆卸下來進(jìn)行維修。如果發(fā)現(xiàn)刀圈已經(jīng)錯(cuò)位或者脫落，就需要馬上對(duì)其進(jìn)行更換。
(8) 一般的損壞
TBM的雙刃刀一般情況均是因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)軸承損壞而需要進(jìn)行更換的，而且一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就必須馬上對(duì)其進(jìn)行更換，如果更換不及時(shí)，容易發(fā)生連鎖反應(yīng)，使4個(gè)雙刃刀會(huì)同時(shí)損壞掉，損失慘重。而邊刀一般因?yàn)轭l繁調(diào)向，瞬時(shí)受力較大且不均勻，容易將刀具磨損為多邊形，這就需要TBM操作手在調(diào)整TBM掘進(jìn)方向的時(shí)候，首先應(yīng)當(dāng)停止TBM向前推進(jìn)，或者放慢掘進(jìn)速度，然后再調(diào)整方向，即可有效地減緩邊刀的磨損程度。
4 TBM刀具檢查管理制度和刀具更換原則
刀具工在生產(chǎn)實(shí)踐中扮演著十分重要的角色，他們不僅僅是對(duì)TBM的機(jī)頭進(jìn)行日常的清理、維護(hù)、更換破損刀具和鏟斗刮板，確保TBM的正常掘進(jìn)，更重要的是他們的工作直接關(guān)系著TBM的使用壽命，以及工程掘進(jìn)費(fèi)用的多少。
在這里將TBM刀具工在日常工作中需要特別重視的一些管理制度列出，以供同仁們參考。
(1) TBM刀盤每天必須進(jìn)行清理，一方面將依附在刀具刃口和鏟斗刃口的巖土清理掉，另一方面可以檢查刀盤、刀具及鏟斗刮板的磨損程度。在維修時(shí)間較短、人員缺乏等特殊情況下，必須將刀具刃口及鏟斗刃口對(duì)稱清理、掏挖幾個(gè)，以保持刀盤的運(yùn)轉(zhuǎn)平衡。
(2) 每天必須檢查所有刀具的固定螺絲，對(duì)松動(dòng)者及時(shí)擰緊，對(duì)絲扣損壞的螺絲要及時(shí)更換。還必須檢查每一個(gè)刀具的軸承是否能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，如果轉(zhuǎn)動(dòng)不暢，則必須更換該刀具總成。檢查軸承時(shí)可以使用專門工具進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)或用手試其溫度，當(dāng)軸承轉(zhuǎn)不動(dòng)或比其它刀具的溫度高時(shí)，該軸承肯定壞了，必須更換這個(gè)刀具。
(3) 邊刀每天必須檢查、量測，當(dāng)它們的磨損程度達(dá)l0～15 mm左右時(shí)，就需要及時(shí)進(jìn)行更換，否則TBM開挖出的隧洞洞徑變小，會(huì)將TBM機(jī)身卡住或發(fā)生調(diào)向困難，影響TBM的正常掘進(jìn)，另外也會(huì)導(dǎo)致鏟斗刮板磨損嚴(yán)重。
(4) 該更換的刀具一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就必須立即更換，否則該刀具削切、擠壓圍巖的能力降低以后，勢(shì)必導(dǎo)致其周邊相鄰刀具削切、擠壓圍巖的負(fù)擔(dān)加重，時(shí)間一長這些與之相鄰的刀具也會(huì)損壞，如果惡性循環(huán)下去，許多刀具會(huì)同時(shí)一次性損壞掉，將給施工造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。
(5) 因?yàn)檫叺侗让娴端褂玫匿摬哪湍?qiáng)度較高，刀刃更厚，而且價(jià)格也高，所以一般情況下兩者不要混裝，如果面刀裝在邊刀處，易損且不耐磨，壽命縮短；而邊刀裝在面刀處，價(jià)格明顯偏高，兩種情況均不經(jīng)濟(jì)。但更換下來的邊刀可以安裝到面刀的位置繼續(xù)使用。面刀一般要求磨損程度達(dá)到20～25mm左右，在巖石沒有磨到刀盤面以前即需要更換。
(6) 當(dāng)更換了新刀具以后，必須告知TBM操作手，在首次掘進(jìn)時(shí)需放慢推進(jìn)速度，使刀盤面上的刀具緩慢接觸巖石。因?yàn)榇藭r(shí)刀具邊緣不在同一個(gè)平面上，新?lián)Q上的刀具較突出，與掌子面圍巖上舊的痕跡也不相配，推進(jìn)速度較快時(shí)就會(huì)很容易將新裝的刀具損壞掉。
(7) 當(dāng)鏟斗刮板磨損嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)注意及時(shí)更換，一則有利于TBM出碴，二則可以防止磨損刀盤。如果補(bǔ)裝不及時(shí)，鏟斗刮板的底座會(huì)因磨損嚴(yán)重而變形，將導(dǎo)致補(bǔ)裝困難，并且TBM出碴將不很通暢，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)荷也會(huì)加重，直接影響到TBM的正常掘進(jìn)。
(8) TBM掘進(jìn)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)巖石較軟，可是TBM電機(jī)的電流較大而且不穩(wěn)定時(shí)，可能是刀盤里的進(jìn)碴口或者傳送帶的下料斗已經(jīng)被巖碴逐漸堵住，此時(shí)需要停機(jī)進(jìn)行檢查和清理。在巖石含水量不大的情況下，可以用手動(dòng)風(fēng)鎬清理；如果巖石含水量較大，可以用高壓水槍進(jìn)行清洗。不論是哪種情況均需要將清理出的巖碴及時(shí)轉(zhuǎn)出刀盤，以防止巖碴再次沉積堵塞刀盤。
(9) 當(dāng)圍巖較硬、TBM掘進(jìn)較困難時(shí)，TBM操作手一定要將刀具噴水打開，一則可以除塵，二則可以使刀盤和刀具降溫，從而可以延長刀具的使用壽命。另外視圍巖的硬度，每掘進(jìn)5～10個(gè)行程TBM操作手必須停機(jī)，讓刀具工進(jìn)機(jī)頭里對(duì)刀具進(jìn)行檢查，對(duì)破損刀具進(jìn)行及時(shí)更換。
(10) 在非檢修期，TBM刀具工就應(yīng)當(dāng)將各種使用工具、各類型刀具及各種零配件準(zhǔn)備就緒，TBM機(jī)頭一出現(xiàn)問題就可以馬上著手處理，不至于臨陣時(shí)手忙腳亂，浪費(fèi)寶貴的掘進(jìn)時(shí)間。
